DE2245217C3 - Werkzeugmaschine zum Erzeugen einer epitrochoiden oder zu dieser äquidistant gekrümmten Fläche eines Werkstücks - Google Patents

Description

geeignetem Durchmesser auf der Innenseite eines zweiten gedachten Zylinders vom größeren Durchmesser mit Bezug auf einen ortsfesten Punkt außerhalb des größeren Zylinders, wobei durch diese Abwälzung die Epitrochoide hergestellt wird. S

Drehtisch für das Werkzeug

Das Werkstück IV (Fig. 1 und 2) ist auf einem Drehtisch als Werkstückhalter 62 starr befestigt, dessen Wellenzapfen als Werkstückantriebswelle 64 in einem Lager 66 gelagert ist. Die Achse 23 dieses Wellenzapfens stellt die Achse des gedachten inneren Kreiszylinders 22 der Fig.2C dar und muß daher dieselbe kreisende Bewegung ausführen wie in Fig.2C die Achse 23 des Kreiszylinders 22, wenn sich dieser innen auf dem ortsfesten Kreiszylinder 24 abwälzt Die Hauptkurbel 68 wird von einer Trommel gebildet, die um ihre lotrechte Achse 25 umlaufend in einem topfförmigen Schlitten 70 gelagert ist. Dieser Schlitten ist auf einer waagerechten Gleitbahn 69, F i g. 1, geführt, die vom Maschinengestell 71 gebildet wird und in Fig. 1 parallel zur Zeichenebene verläuft. Die als Hauptkurbel 68 dienende Trommel hat in ihrem Boden einen Kulissenschlitz 72, Fig. 2, dessen Längskanten als Gleitbahn 74 ausgestaltet sind. In diesem Schlitz befindet sich das Lager 66. Es wird durch die Gleitbahn 74 in Durchmesserrichtung in der als Haupikurbel 68 dienenden Trommel verschiebbar geführt. Durch Verschiebung dieses Lagers kann man daher den Kurbelradius, d. h. den Abstand der Achsen 23 und 25, verändern. In der jeweiligen Einstellage wird dann das Lager 66 auf der Gleitbahn 74 festgeklemmt. Wird die Trommel um ihre ortsfeste Achse 25 angetrieben, dann versetzt sie daher das Lager 66 und mit ihm den Werkstückhalter 62 in eine kreisende Bewegung um die Achse 25. Durch Verstellen des Abstandes der Achsen 23 und 25 voneinander kann man die Maschine auf die Größe und die Abmessungen der im Abwälzverfahren zu erzeugenden Fläche einstellen.

Antrieb

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Zunächst sei erläutert, wie der Werkstückhalter 62 um seine Achse 23 angetrieben wird. Parallel zur Gleitbahn 69 des Schlittens 70 erstreckt sich eine waagerechte Teleskopwelle 82, die im Maschinengestell gelagert ist und ihren Antrieb durch einen elektrischen Regelmotor 76 über kämmende Zahnräder 78 und 80 erfährt. Diese Welle treibt eine im Schlitten 70 an diesem gelegene erste Schnecke 84 an, die mit einem Schneckenrad 86 kämmt. Dieses Schneckenrad ist im topfförmigen Schlitten 70 gleichachsig zu dessen Lage gelagert und zu diesem Zweck mit einer Nabe 88 versehen. Im topfförmigen Schlitten 70 ist in einigem Abstand oberhalb der Welle 82 eine zweite dazu parallele Welle 98 gelagert, die eine zweite Schnecke 90 in Drehung versetzt.

Diese kämmt mit einem zweiten Schneckenrad 92 das an der als Hauptkurbel 68 dienenden Trommel befestigt ist. Die beiden Wellen 82 und 98 sind durch kämmende Stirnräder als Wechselräder 94 und % miteinander verbunden. In Fig. I sind Teile der Hauptkurbel 68 dienenden Trommel der Schnecke 90 und des Schneckenrades 92 weggebrochen dargestellt, um die Figur übersichtlicher zu gestalten. Das gilt auch für die Welle 98. Während die Schnecke 90 die als Hauptkurbel 68 dienende Trommel um die Achse 25 antreibt, dient dem Antrieb der Werkstückantriebswelle 64 des Werkstückhalters 62 die Schnecke 84 und das Schneckenrad 86. Dieses Schneckenrad ist nämlich in der später erläuterten Weise mit der Werkstückantriebswelle 64 durch Kreuzschlitten gekuppelt, welche die Drehung unabhängig von der Größe des Abstandes der Achsen 23 und 25 übertragen.

Will man das Durchmesserverhältnis der beiden gedachten Zahnräder 22 und 24 verändern, dann braucht man zu diesem Zweck nur die Wechselräder 94, 96 auszuwechseln. Denn die beiden Schneckenräder 86 und 92 verkörpern nicht die gedachten Zahnräder 22 und 24 und kämmen daher auch gar nicht etwa miteinander. (Beläuft sich das Durchmesserverhäitnis der beiden gedachten Zahnräder 24 und 22 auf 3 :2, dann hat die Epitrochoide die für den Wankel-Motor erforderliche Gestalt mit zwei einander gegenüberliegenden Ausbuchtungen.)

Nunmehr sei die Kreuzschlittenkupplung beschrieben, die das um die Achse 25 umlaufende Schneckenrad 86 mit dem um die Achse 23 umlaufenden Drehtischzapfen synchron kuppelt, obgleich die Achse 25 feststeht und die Achse 23 am sie kreist. Diese Kupplung besteht aus drei Teilen, nämlich aus einer mittleren Scheibe 100, die auf ihrer Oberseite eine Führungsleiste 102 und auf ihrer Unterseite eine Führungsleiste 104 aufweist, wobei sich diese Leisten in Durchmesserrichtung der Scheibe 100 erstrecken und um 90° zueinander versetzt sind. Unten an der Werkstückantriebswelle 64 ist eine Scheibe 110 befestigt, die auf ihrer Unterseite eine in Durchmesserrichtung verlaufende Nut 106 zur Aufnahme der Führungsleiste 102 hat. Oben auf dem Schneckenrad 86 ist eine Scheibe 112 befestigt, die auf ihrer Oberseite eine in Durchmesserrichtung verlaufende Nut 108 hat, in der die Führungsleiste 104 gleitet. Diese Kupplung überträgt die Winkelbewegung des Schneckenrades 86 synchron auf die Werkstückantriebswelle 64 des Werkstückträgers 62, und zwar unabhängig von der Größe des Abstandes der Achsen 23 und 25. Durch Verändern dieses Achsabstandes kann man daher die Größe der zu erzeugenden Epitrochoide verstellen, ohne daß man hierzu irgendwelche Maschinenelemente des Abwälzgetriebes auswechseln müßte.

Werkzeugträger

Das Gestell besteht aus dem die Gleitbahn 69 des Schlittens 70 bildenden Bett und aus zwei beiderseits dieser Gleitbahn 69 angeordneten Ständern 114, die miteinander durch eine waagerechte Traverse verbunden sind. Diese Traverse hat in der Mitte einen ringförmigen Ausschnitt. In diesem ist um die lotrechte Achse M drehbar ein ringförmiger Teil 118 der schwingenden Kurbelschleife 52 als Werkzeugträger drehbar gelagert. Ein zweiter Teil dieses Werkzeugträgers besteht aus einem Schieber 120, der auf den Längsrändern 124 eines waagerechten Kulissenschlitzes 126 des Teiles 118 durch Kugellager 122 geführt ist.

Um nun diesen Werkzeugträger um die mit der Bearbeitungslinie zusammenfallende lotrechte Achse M hin- und herzuschwingen, ist ein Kurbeltrieb vorgesehen, dessen Kurbelwelle 28 von der Teleskopwelle 82 angetrieben wird. Diese trägt zu diesem Zweck eine Schnecke 130, die mit einem im Bett des Maschinengestells 71 drehbar gelagerten, auf der Kurbelwelle 128 befestigten Schneckenrad 132 kämmt. Der Kurbelzapfen 56 der Nebenkurbel 58 ist gleitend in einem Schlitz 54 eines Armes 116 des Werkzeugträgerteiles 118 geführt. Der Schlitz 154 erstreckt sich radial zur lotrechten Achse M. Beim Umlauf des Kurbeltriebs um die Achse 60 der Kurbelwelle 128 schwenkt daher der

Kurbelzapfen 56 den Werkzeugträger um die Bearbeitungslinie M hin und her.

Die Werkzeugspindel 134 ist gegen Verschiebung gesichert in einem Gehäuse 136 gelagert, das seinerseits im Schieber 120 auf- und abverschiebbar geführt ist. Angetrieben wird sie durch einen am Spindelgehäuse 136 angebrachten Motor 138 über einen Riementrieb 140.

Um die Oberflächengüte der vom Werkzeug T am Werkstück Unbearbeiteten Fläche zu erhöhen, wird das Spindelgehäuse 136 in Richtung der Spindelachse 27 durch einen Motor 142 hin- und herbewegt, der zu diesem Zweck eine Nockentrommel 144 mit einer Schubkurve auf ihrer unteren Stirnseite trägt. Diese Nockentrommel stützt sich auf eine am Schieber 120 gelagerte Nockenrolle 146.

Als zylindrisches Werkzeug T dient vorzugsweise eine Schleifscheibe. Abgerichtet wird sie durch ein mit Diamanten besetztes Abrichträdchen 148, das als Schleifscheibe wirkend durch einen kleinen Motor 150 jo angetrieben wird. Dieses Abrichtaggregat 150, 148 ist mittels eines Schlittens 151 verstellbar, der an dem ringförmigen Teil 118 verschiebbar geführt und in seiner jeweiligen Einstellage festklemmbar ist. Das Abrichten der Zylinderfläche des Werkzeugs Γ erfolgt bei dessen 2j Aufwärtsverschiebung durch die Kante 152 des Abrichträdchens 148. Zu diesem Zweck ist das Spindelgehäuse 136 durch einen hydraulischen Antrieb 153 verschiebbar, der in dem Schieber 120 untergebracht ist.

Die durch das Abrichten bedingte Abnahme des Durchmessers des Werkzeugs T muß durch einen waagerechten Vorschub des Werkzeugs in Richtung auf die Kante des Abrichträdchens 148 ausgeglichen werden. Diesem Zweck dient ein Vorschubmotor 154, der an einem aufrechten Flansch 156 des ringförmigen Teils 118 des Werkzeugträgers angebracht ist und mittels einer Schraubspindel 158 den Schieber 120 auf der Gleitbahn 124 verschiebt. Der Schieber hat zu diesem Zweck einen aufrechten Flansch 160 mit einer Gewindebohrung zur Aufnahme der Schraubspindel 158, die parallel zur Gleitbahn 124 angeordnet ist. Der Schieber verschiebt sich also angetrieben durch den Vorschubmotor 154 längs der Mittellinie der schwingenden Kurbelschleife 52. Da der Kurbeltrieb 58,128 dem Zweck dient, diese Mittellinie ständig in der gedachten Ebene N zu halten, muß diese Verstelleinrichtung zum Ausgleich der Abnutzung des Werkzeugs die Werkzeugspindelachse 27 stets genau zur gedachten Normalebene N ausgerichtet halten. Gleichgültig, welchen Durchmesser die spanabhebende Fläche des Werkzeugs T haben möge, so verbleibt doch diese Fläche stets tangential zu der am Werkstück Wim Abwälzverfahren herauszuarbeitenden Fläche.

Das Abrichtaggregat wird durch Verschieben des Schlittens 151 so eingestellt, daß die abrichtende Kante 152 des Abrichträdchens 148 genau zur Bearbeitungslinie Mausgerichtet ist Man kann indessen gewünschtenfalls diese Kante 152 gegenüber der Bearbeitungslinie M aus Gründen verstellen, die dem Fachmann geläufig sind. So ist es bekannt, daß man die Schleifscheibe Taus ihrer Bearbeitungslage nicht einfach unmittelbar aufwärts verschieben darf, während sie noch in Berührung mit der bearbeiteten Fläche des Werkstücks W steht; denn dadurch würde diese Fläche markiert werden. Aus diesem Grunde zieht man das Werkzeug T vor seiner Aufwärtsverschiebung von der bearbeiteten Fläche zurück, was im vorliegenden Falle durch den Vorschubmotor 154 geschieht. Erst dann verschiebt man durch den hydraulischen Antrieb 153 das Spindelgehäuse 136 aufwärts, etwa um dabei die Schleifscheibe abzurichten oder um das Werkstück W auszutragen. Diese Arbeitsweise erfordert aber, daß die Abrichtkante 152 des Abrichträdchens 148 gegenüber der Bearbeitungslinie M etwas verstellt wird, damit die Abrichtkante genau gegenüber dem etwas zurückgezogenen Werkzeug T ausgerichtet ist. Wie dem Fachmann geläufig ist, dient der Vorschubmotor 154 auch bei Beginn der Bearbeitung des Werkstücks dazu, das Werkzeug T allmählich bis in seine endgültige Lage vorzuschieben. Das muß langsam geschehen, damit das Werkzeug nicht überhitzt oder durch die Schnittkräfte überlastet wird. Natürlich könnte dieser Vorschub auch durch ein Verschieben des Schlittens 70 auf der Gleitbahn 69 herbeigeführt werden. Man könnte auch daran denken, die Ständer 114 auf dem Bett des Gestells 71 verschiebbar anzuordnen, um auf diese Weise den relativen Vorschub zwischen Werkzeug T und Werkstück IV herbeizuführen.

Bei einer gleichbleibenden Abwälzgeschwindigkeit der die Epitrochoide erzeugenden Zahnräder schwankt bekanntlich die Geschwindigkeit sehr stark, mit der das Werkzeug sich relativ zum Werkstück längs dieser Trochoide verschiebt. Um diese Schwankungen zu verhindern, empfiehlt es sich, die Abwälzung mit einer ungleichförmigen Geschwindigkeit vorzunehmen. Für die Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug Tlängs der Trochoide relativ zum Werkstück W vorgeschoben wird, gibt es in der Regel einen Höchstwert. Damit man diesen einstellen kann, erfährt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Welle 128 ihren Antrieb durch den Regelmotor 76. An der Welle 128 ist eine die Geschwindigkeit steuernde Schubkurvenscheibe 162 befestigt, die mittels einer Nockenrolle 164 einen Hebel 166 verstellt. Dieser Hebel steuert beispielsweise über einen Regelwiderstand 168 die Drehzahl des Motors 76 auf elektrischem Wege. Die Kurvenscheibe 162 ist so gestaltet, daß der Motor 76 die Geschwindigkeit konstant hält, mit der das Werkstück W an der Bearbeitungslinie M vorbeiläuft.

Abwälzerzeugung anders gekrümmter Flächen

Zwar ist bei der vorstehenden Beschreibung unterstellt worden, daß die zu erzeugende Fläche ein Epitrochoid ist; doch lassen sich mit der beschriebenen Maschine auch andere Flächen erzeugen. Man kann das Werkzeug T so einstellen, daß die von ihm bearbeitete Fläche mit der Bearbeitungslinie M nicht zusammenfällt sondern in einem gewissen Abstand parallel zu ihr verläuft Dann stellt die herausgearbeitete Fläche eine Kurve dar, die zu einem Epitrochoid äquidistant verläuft Das ist bei dem Zylinder einer Drehkolbenmaschine häufig erwünscht, weil der Drehkolben an seinen Kanten Dichtungsleisten trägt, die sehr häufig über die Kanten des Drehkolbens hinausragen und daher kein genaues Epitrochoid beschreiben, sondern eine dazu äquidistante Kurve. Diese Kurve stellt genaugenommen kein Epitrochoid dar, weil eine geometrische Figur einei zu ihr äquidistanten Figur nur dann ähnlich ist, wenn sie aus geraden linien oder aus Kreisbögen besteht

Man kann auch während irgendeines bestimmter Abschnitts des Arbeitsspiels den Motor 154 in Gang setzen, um dadurch den Schieber 120 auf dem ringförmigen Teil 118 des Werkzeugträgers zu verschie ben. Eine solche Verschiebung würde dazu führen, dat die spanabhebende Fläche des Werkzeugs Γ von dei

Bearbeitungslinie M zurückgezogen oder über sie hinausgeschoben würde. Auch dadurch würde sich die Gestalt der bearbeiteten Kurvenfläche des Werkstücks ändern.

Man kann auch durch Ändern des Zahnradübersetzungsverhältnisses im Antrieb die Größe der gedachten Zylinder ändern, um eine entsprechende Änderung der Trochoidenfläche zu bewirken. Zu beachten ist, daß durch Verschieben des Lagers 66 auf der Gleitbahn 74 der als llaupikurbcl 68 dienenden Trommel die Achsen 23 und 25 aneinander bis auf Null genähert werden können. In diesem Falle erzeugt das Werkzeug /eine genau zylindrische Fläche.

Da es für die Lösung der l-rfindiingsaufgabe auf die s relative Bewegung der im Patentanspruch I aufgeführten Maschinenelemente zueinander ankommt, kann ilas beschriebene Ausführungsbeispiel dadurch abgewandelt werden, daß statt des Maschinengestell 71 der Drehtisch 62 oder die llauptkurbel 68 ortsfest ίο angeordnet ist.

llici/ii 2 lllalt

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Werkzeugmaschine zum Erzeugen einer epitrochoiden oder zu dieser äquidistant gekrümmten Räche eines Werkstücks mittels eines mit zylindrischer Schneidfläche versehenen Werkzeugs, bei der der relative Bewegungsablauf von Werkzeug und Werkstück durch Abwälzen eines kleineren Kreises am Innenumfang eines größeren Kreises und durch die Annahme definierbar ist, daß das Werkstück die Bewegung des einen Kreises mitmacht, während die Eingriffslinie des Werkzeugs relativ zu dem anderen Kreis feststeht, mit einer die Achsen der Kreise verbindenden Hauptkurbel, mit einem Tragglied, welches das zum anderen Kreis gleichachsige Kurbellager mit einem zweiten, zur Eingriffslinie gleichachsigen Lager verbindet, mit zwei in einem festen Drehzahlverhältnis umlaufenden Antrieben, deren einer am Kurbellager mit der Hauptkurbel und deren anderer mit einer gleichachsig zum Kurbelzapfen gelagerten Werkslückanfriebswelle gekuppelt ist, und mit einer die Achse der zylindrischen Schneidfläche in der Bahnnormalen haltenden Kurbelschleife, die durch das zweite Lager an dem Tragglied angelenkt ist und deren Längsmittellinie die Achse des zweiten Lagers, d. h. die Eingriffslinie, schneidet und durch Kurbelantrieb ständig in der Lage gehalten wird, in der sie durch den Berührungspunkt der beiden Kreise verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung des Werkstückhalters (62) auf der Werkstückantriebswelle (64) dadurch ermöglicht ist, daß die Kurbel der Kurbelschleife (52) eine Nebenkurbel (58) ist, die durch ein Getriebe (130,82,94,96,90,92) synchron und phasengleich mit der Hauptkurbel (68) verbunden ist und von dieser aus betrachtet jenseits der Eingriffslinie (M) in dem für die Abmessungen des Werkstücks (VV) erforderlichen Abstand liegt.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragglied, an welchem die Kurbelschleifc (52) durch das zweite Lager (113) angelenkt ist, von dem ortsfesten Gestell (71, 114,

113) der Werkzeugmaschine gebildet wird.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die I lauptkurbel (68) mit der Nebenkurbel (58) verbindende Getriebe aus einer im Gestell (71, 114, 113) gelagerten, motorisch angetriebenen Schneckenwelle (82), die ein auf der Kurbelwelle (128) der Nebenkurbel (58) befestigtes Schneckenrad (132) antreibt, und aus einer die Hauptkurbel (68) mittels Schneckenrad (92) und Schnecke (90) antreibenden Welle (98) besteht, die mit der anderen Schneckenwelle (82) durch Wechselräder (94,96) verbunden ist.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugspindelgehäuse (136) an der durch die Nebenkurbel (58) auf dem Maschinengestell (71, 114, 113) um die Achse des zweiten Lagers (113) in Schwingung versetzten Kurbelschleife (52) längs der Mittellinie der Kurbelschleife verschiebbar und einstellbar angeordnet ist.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Aufnahme des Werkstücks vorgesehene Raum zwischen der Kurbelschleife (52) und der Hauptkurbel (68) liegt und durch den Ständer (114) der Nebenkurbel (58) begrenzt ist.

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Bauart

Bei einer bekannten Werkzeugmaschine dieser Art (US-PS 21 44 771) macht zwar ebenfalls das Werkstück die Bewegung des einen Kreises — bzw. der diesen Kreis verkörpernden Werkstückantriebswelle — mit; doch ist das Werkstück mit dieser Antriebswelle nicht starr verbunden, sondern wird von einer abseits von dieser Werkstückantriebswelle befindlichen Werkzeugspindel gebildet. Die Lager dieser Werkzeugspindel werden von einem Gestänge getragen. Dieses Gestänge bewirkt, daß die Werkzeugspindel die Bewegung der Werkstückantriebswelle mitmacht, ohne starr mit ihr verbunden zu sein. Das führt aber zu einer verwickelten Bauart, bei der das unvermeidliche Lagerspiel der Gelenkzapfen des Gestänges die Genauigkeit beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Maschine so auszugestalten, daß das Werkstück gleichachsig zu der den anderen Kreis verkörpernden Werkstückantriebswelle angeordnet werden kann. Erfindungsgemäß ist nun die Befestigung des Werkstückhalters auf der Werkstückantriebswelle dadurch ermöglicht, daß die Kurbel deir Kurbelschleife eine Nebenkurbel ist, die durch ein Getriebe synchron und phasengleich mit der Hauptkurbe! verbunden ist und von dieser aus betrachtet jenseits der Eingriffslinie in dem für die Abmessungen des Werkstücks erforderlichen Abstand liegt.

Der durch diese Ausgestaltung erzielte Fortschritt besteht darin, daß der Werkstückhalter und das auf ihm befestigte Werkstück zwischen der Hauptkurbel und der Kurbelschleifc Plat;; finden und daher starr mit der Werkzeugantriebswelle verbunden werden können und das Gestänge der bekannten Maschine fortfällt Durch diesen Fortfall vereinfacht sich die Bauart und erhöht sich die Genauigkeit der Bearbeitung des Werkstücks.

Die Unteransprüche sind auf eine zweckmäßige Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung gerichtet

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen teilweise im Schnitt ausgeführten Aufriß eines bevorzugten Ausl'ührungsbeispiels der Maschine mit den als erfinderisch beanspruchten Merkmalen,

F i g. 2 den zu F i g. 1 gehörigen Grundriß des den Werkstücktisch tragenden Teiles der Maschine und

F i g. 3 einen schematischen Grundriß des das Werkzeug tragenden Teiles der in F i g. I gezeigten Maschine.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1, 2 und 3 wird der Werkstückträger, an dem das Werkstück W befestigt ist, von einer Kurbel getragen, die ein Lager für den Wellenzapfen des Werkstückträgers aufnimmt. Der Exzenterabstand dieses Lagers von der Achse der Kurbelwelle ist verstellbar. Dabei ist diese Kurbelachse gleichachsig zu einer ersten Achse angeordnet. Die Kurbel läuft also um diese erste Achse um. Der Werkstückträger läuft gleichzeitig um seine eigene Achse um. Diese stellt also eine zweite Achse dar, die durch das auf dem Kurbelarm befindliche Lager hindurchgeht und zur Wellenachse der Kurbel parallel verläuft. Der Werkstückträger dreht sich daher um die zweite Achse, während diese um die erste Achse kreist. Die Winkel, die das Werkstück bei Drehung um seine eigene Achse zurücklegt und um die es um die erste Achse kreist, sind von vornherein so bemessen, daß sich dieselben Bewegungsverhältnisse ergeben wie beim Abwälzen eines ersten gedachten Zylinders von